本發(fā)明涉及電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于穩(wěn)態(tài)防漏電保護和電流沉控制技術(shù)的電荷泵電路。

背景技術(shù)：

隨著個人無線通信、雷達、太赫茲技術(shù)以及空間通信等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對收發(fā)機系統(tǒng)提出了更高的要求，包括有更高的頻率，更寬的帶寬，更高的集成度和更大的功率等。而變頻源作為收發(fā)機的重要組成部分，其性能會直接決定收發(fā)機的性能。目前來說，與sicmos和sigebicmos工藝相比，化合物半導(dǎo)體工藝的頻率特性和功率特性更好更適合被用來設(shè)計高性能的變頻源。

常見的直接數(shù)字頻率合成器，電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器，以及混合型頻率合成器均能作為變頻源。直接數(shù)字頻率合成器優(yōu)點是頻率精度高、跳變時間短，但是缺點是輸出頻率相對低，抑制雜散能力差；混合型頻率合成器一般來說都是由雙鎖相環(huán)或者由直接數(shù)字頻率合成器加模擬鎖相環(huán)的方式實現(xiàn)，優(yōu)點為輸出頻率相對高，抑制雜散能力強，缺點就是功耗大，集成度不高；電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器特點為輸出頻率高，跳變時間短，抑制雜散能力強，集成度高，功耗小等特點。所以為了能滿足各個領(lǐng)域?qū)κ瞻l(fā)機系統(tǒng)提出的綜合要求，采用化合物半導(dǎo)體實現(xiàn)電荷泵鎖相環(huán)具有非常重要的意義。

但是由于化合物半導(dǎo)體技術(shù)本身的一些缺陷制約了采用該技術(shù)研究電荷泵鎖相環(huán)的發(fā)展，主要是因為電荷泵電路難以實現(xiàn)。這是因為電荷泵是電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器的核心電路，該電路必須包含電流源和電流沉，而且電流源一般由p型晶體管實現(xiàn)并且電流沉由n型晶體管實現(xiàn)，要求電流源和電流沉匹配，這樣電荷泵在穩(wěn)態(tài)的時候輸出的控制電壓是固定不變的，整個鎖相環(huán)路能夠鎖定。由于常用的sicmos和sigebicmos同時均有n型和p型晶體管，這在實現(xiàn)電流源和電流沉匹配方面具有很大的優(yōu)勢。對于化合物半導(dǎo)體來說，該工藝只有n型晶體管而沒有p型(互補型)晶體管，這就造成了電流源與電流沉難以匹配，從而導(dǎo)致電荷泵難以實現(xiàn)，所以化合物半導(dǎo)體電荷泵鎖相環(huán)的發(fā)展就受到了嚴(yán)重的限制。

目前，對于化合物半導(dǎo)體電荷泵來說都是采用控制電流沉電流的方式解決電流源與電流沉的失配問題，但是這種方式卻很難讓電流沉與電流源的電流大小精確匹配起來，在穩(wěn)態(tài)時無法真正做到讓電荷泵輸出的控制電壓穩(wěn)定住。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了基于穩(wěn)態(tài)防漏電保護和電流沉控制技術(shù)的電荷泵電路，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

一種基于穩(wěn)態(tài)防漏電保護和電流沉控制技術(shù)的電荷泵電路，包括防漏電保護模塊、電流沉控制模塊、開關(guān)模塊、電流沉和電流源模塊、環(huán)路濾波模塊以及緩沖模塊，防漏電保護模塊由兩個二極管d1和d2構(gòu)成，用于防止電荷泵在穩(wěn)態(tài)情況下由于電流源和電流沉不匹配所造成的電容cn和cp中電荷泄漏現(xiàn)象；電流沉控制模塊由f1和f2兩部分構(gòu)成，f1由兩個晶體管p1和p3、一個源極電阻和四個二極管構(gòu)成，用于控制電流沉idn1的電流大小，在電荷泵工作過程中能夠保持idn1≥iup1，f2由兩個晶體管p2和p4、一個源極電阻和四個二極管構(gòu)成，用于控制電流沉idn2的電流大小，在電荷泵工作過程中能夠保持idn2≥iup2；開關(guān)模塊由四個晶體管upn、upp、dnp和dnn構(gòu)成，柵極均為電荷泵電路的輸入端，用于接收前一級鑒頻鑒相器電路的四路輸出信號；電流沉和電流源模塊由兩個電流源iup1和iup2和兩個電流沉idn1和idn2構(gòu)成，用于給環(huán)路濾波模塊的電容充放電；環(huán)路濾波模塊由串聯(lián)的電阻和電容cn和cp構(gòu)成，該模塊一端接地，另一端接緩沖模塊的輸入端，通過電容的充放電來影響電荷泵輸出的控制電壓的變化；緩沖模塊分別由兩個晶體管p5和p7以及p6和p8和兩個二極管構(gòu)成，用于對環(huán)路濾波模塊輸出的電壓信號進行電平變換以及消除后級電路對電荷泵的影響，緩沖模塊的輸入端與環(huán)路濾波模塊的輸出端相連，輸出端是整個電荷泵的輸出端，差分輸出控制電壓信號vcn和vcp輸送給后一級的壓控振蕩器電路；

防漏電保護模塊中二極管d1的正極與電流源iup1的柵極以及源極電阻連接，負極與開關(guān)dnp的漏極連接，二極管d2的正極與電流源iup2的柵極以及源極電阻連接，負極與開關(guān)upp的漏極連接；電流沉控制模塊中的f1和f2的輸入端分別連接開關(guān)upp和dnp的漏極，輸出端分別連接電流沉idn1和idn2的柵極，f1中晶體管p1的柵極為f1的輸入端，與二極管d2的負極以及開關(guān)upp的漏極連接，晶體管p1的漏極連接電源vdd，晶體管p1的源極連接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極連接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極連接第三個二極管的正極，第三個二極管的負極連接第四個二極管的正極，第四個二極管的負極與晶體管p3的漏極連接，晶體管p3的漏極與柵極短接，柵極與電流沉idn1的柵極連接；f2中晶體管p2的柵極為f2的輸入端，與二極管d1的負極以及開關(guān)dnp的漏極連接，晶體管p2的漏極連接電源vdd，晶體管p2的源極連接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極連接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極連接第三個二極管的正極，第三個二極管的負極連接第四個二極管的正極，第四個二極管的負極晶體管p4的漏極連接，晶體管p4的漏極與柵極短接，柵極與電流沉idn2的柵極連接；

開關(guān)模塊中開關(guān)upn和upp與電流沉idn1的漏極相連，開關(guān)dnp和dnn的源極與電流沉idn2的漏極相連；電流沉和電流源模塊中電流源iup1和iup2的漏極與電源vdd相連，iup1的柵極和源極與iup1的源極電阻的兩端相連接，iup2的柵極和源極與iup2的源極電阻的兩端相連接，電流沉idn1和idn2的源極分別與各自的源極電阻一端相連，源極電阻另一端均與電源vtt相連接；電源vdd的大小為高電位，電源vtt的大小為低電位；

環(huán)路濾波模塊中串聯(lián)的電阻和電容cn中，電阻一端與晶體管p1的柵極連接，電容cn一端接地；串聯(lián)的電阻和電容cp中，電阻一端與晶體管p2的柵極連接，電容cp一端接地；

緩沖模塊中晶體管p5的源極接電源vdd，柵極接晶體管p1的柵極，漏極接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極接晶體管p7的源極，同時第二個二極管的負極輸出電壓vcn，晶體管p7的漏極和源極短接，并連接電源vtt；晶體管p6的源極接電源vdd，柵極接晶體管p2的柵極，漏極接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極接晶體管p8的源極，同時第二個二極管的負極輸出電壓vcp，晶體管p8的漏極和源極短接，并連接電源vtt。

優(yōu)選地，所述電路采用化合物半導(dǎo)體工藝，包括gaasmesfet、gaasphemt和inpphemt工藝。

優(yōu)選地，電流源iup1和iup2、開關(guān)upn、upp、dnp和dnn，晶體管p1、p2、p5、p6、p7和p8均為耗盡型晶體管；電流沉idn1和idn2，晶體管p3和p4均為增強型晶體管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

第一，從化合物半導(dǎo)體工藝出發(fā)，本發(fā)明克服了技術(shù)中由于缺少互補型晶體管導(dǎo)致電荷泵難以實現(xiàn)的問題。本發(fā)明提出的電荷泵不需要電路電流沉與電流源精確匹配(完全相等)，只需滿足電流沉電流大于等于電流源的電流即可。電路的工作條件更容易滿足，化合物半導(dǎo)體電荷泵更容易實現(xiàn)。

第二，防漏電保護模塊采用兩個二極管來實現(xiàn)，該模塊的結(jié)構(gòu)簡單，不會額外占用過多的芯片面積，更加方便集成。防漏電保護技術(shù)利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢越鉀Q穩(wěn)態(tài)時由于電流源和電流沉不匹配所導(dǎo)致的漏電問題，從而使電荷泵電路在穩(wěn)態(tài)情況下輸出控制電壓固定不變。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于穩(wěn)態(tài)防漏電保護和電流沉控制技術(shù)的電荷泵電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參照圖1，本發(fā)明實施例中提供的基于穩(wěn)態(tài)防漏電保護和電流沉控制技術(shù)的電荷泵電路，包括防漏電保護模塊、電流沉控制模塊、開關(guān)模塊、電流沉和電流源模塊、環(huán)路濾波模塊以及緩沖模塊。電荷泵電路整體為差分形式，工藝為化合物半導(dǎo)體工藝；防漏電保護模塊由兩個二極管d1和d2構(gòu)成，用于防止電荷泵在穩(wěn)態(tài)情況下由于電流源和電流沉不匹配所造成的電容cn和cp中電荷泄漏現(xiàn)象；電流沉控制模塊由f1和f2兩部分構(gòu)成，f1由兩個晶體管p1和p3、一個源極電阻和四個二極管構(gòu)成，用于控制電流沉idn1的電流大小，在電荷泵工作過程中能夠保持idn1≥iup1，f2由兩個晶體管p2和p4、一個源極電阻和四個二極管構(gòu)成，用于控制電流沉idn2的電流大小，在電荷泵工作過程中能夠保持idn2≥iup2；開關(guān)模塊由四個晶體管upn、upp、dnp和dnn構(gòu)成，柵極均為電荷泵電路的輸入端，用于接收前一級鑒頻鑒相器電路的四路輸出信號；電流沉和電流源模塊由兩個電流源iup1和iup2和兩個電流沉idn1和idn2構(gòu)成，用于給環(huán)路濾波模塊的電容充放電；環(huán)路濾波模塊由串聯(lián)的電阻和電容cn和cp構(gòu)成，該模塊一端接地，另一端接緩沖模塊的輸入端，通過電容的充放電來影響電荷泵輸出的控制電壓的變化；緩沖模塊分別由兩個晶體管p5和p7以及p6和p8和兩個二極管構(gòu)成，用于對環(huán)路濾波模塊輸出的電壓信號進行電平變換以及消除后級電路對電荷泵的影響，緩沖模塊的輸入端與環(huán)路濾波模塊的輸出端相連，輸出端是整個電荷泵的輸出端，差分輸出控制電壓信號vcn和vcp輸送給后一級的壓控振蕩器電路。

防漏電保護模塊中二極管d1的正極與電流源iup1的柵極以及源極電阻連接，負極與開關(guān)dnp的漏極連接，二極管d2的正極與電流源iup2的柵極以及源極電阻連接，負極與開關(guān)upp的漏極連接；電流沉控制模塊中的f1和f2的輸入端分別連接開關(guān)upp和dnp的漏極，輸出端分別連接電流沉idn1和idn2的柵極，f1中晶體管p1的柵極為f1的輸入端，與二極管d2的負極以及開關(guān)upp的漏極連接，晶體管p1的漏極連接電源vdd，晶體管p1的源極連接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極連接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極連接第三個二極管的正極，第三個二極管的負極連接第四個二極管的正極，第四個二極管的負極與晶體管p3的漏極連接，晶體管p3的漏極與柵極短接，柵極與電流沉idn1的柵極連接；f2中晶體管p2的柵極為f2的輸入端，與二極管d1的負極以及開關(guān)dnp的漏極連接，晶體管p2的漏極連接電源vdd，晶體管p2的源極連接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極連接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極連接第三個二極管的正極，第三個二極管的負極連接第四個二極管的正極，第四個二極管的負極晶體管p4的漏極連接，晶體管p4的漏極與柵極短接，柵極與電流沉idn2的柵極連接。

開關(guān)模塊中開關(guān)upn和upp與電流沉idn1的漏極相連，開關(guān)dnp和dnn的源極與電流沉idn2的漏極相連；電流沉和電流源模塊中電流源iup1和iup2的漏極與電源vdd相連，iup1的柵極和源極與iup1的源極電阻的兩端相連接，iup2的柵極和源極與iup2的源極電阻的兩端相連接，電流沉idn1和idn2的源極分別與各自的源極電阻一端相連，源極電阻另一端均與電源vtt相連接；電源vdd的大小為高電位，電源vtt的大小為低電位。

環(huán)路濾波模塊中串聯(lián)的電阻和電容cn中，電阻一端與晶體管p1的柵極連接，電容cn一端接地；串聯(lián)的電阻和電容cp中，電阻一端與晶體管p2的柵極連接，電容cp一端接地。

緩沖模塊中晶體管p5的源極接電源vdd，柵極接晶體管p1的柵極，漏極接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極接晶體管p7的源極，同時第二個二極管的負極輸出電壓vcn，晶體管p7的漏極和源極短接，并連接電源vtt；晶體管p6的源極接電源vdd，柵極接晶體管p2的柵極，漏極接第一個二極管的正極，第一個二極管的負極接第二個二極管的正極，第二個二極管的負極接晶體管p8的源極，同時第二個二極管的負極輸出電壓vcp，晶體管p8的漏極和源極短接，并連接電源vtt。

可采用的化合物半導(dǎo)體工藝有g(shù)aasmesfet、gaasphemt和inpphemt工藝；電流源iup1和iup2、開關(guān)upn、upp、dnp和dnn，晶體管p1、p2、p5、p6、p7和p8均為耗盡型晶體管；電流沉idn1和idn2，晶體管p3和p4均為增強型晶體管。

本發(fā)明的工作原理如下。

電荷泵的前一級鑒頻鑒相器輸出的四路新號會輸入到電荷泵的四個開關(guān)upn、upp、dnp和dnn，電路一共會出現(xiàn)三種工作狀態(tài)，其中兩種為非穩(wěn)態(tài)，一種為穩(wěn)態(tài)。這里用“0”和“1”分別代表低電平和高電平，當(dāng)開關(guān)接低電平時，開關(guān)狀態(tài)為斷開；當(dāng)開關(guān)接高電平時，開關(guān)閉合。電路的初始狀態(tài)就要滿足idn1≥iup1，idn2≥iup2。vcp和vcn分別是電荷泵兩路輸出的控制電壓信號，可采用vcp–vcn的方式接入到后一級的壓控振蕩器中。

非穩(wěn)態(tài)情況，當(dāng)upn＝0，upp＝1，dnp＝0，dnn＝1時(當(dāng)電荷泵鎖相環(huán)的參考頻率超前于分頻器輸出的比較頻率時)，iup2流入idn1和idn2中，由于idn1和idn2均大于iup2，所以iup2不會給cn充電，idn1可以將cn中的電荷抽取出來，使vc1電壓降低。由于溝長調(diào)制效應(yīng)vc1降低會使iup2的電流增大，同時由于f1的作用也會使vf1減小從而使idn1的電流減小。由于vc1和vcn分別是緩沖模塊的輸入輸出信號，vcn也會隨著vc1而減小。由于upn＝0，dnp＝0，iup1只有到cp的一條通路，iup1會向cp充電，使vc2電壓升高。同理，vc2的升高會導(dǎo)致iup1的電流減小以及idn2的電流變大，vcp也會隨著vc2而升高。此時的控制電壓(vcp–vcn)將會增大，后一級的壓控振蕩器電路輸出頻率將提高。

非穩(wěn)態(tài)情況，當(dāng)upn＝1，upp＝0，dnp＝1，dnn＝0時(當(dāng)電荷泵鎖相環(huán)的參考頻率滯后于分頻器輸出的比較頻率時)，iup1流入idn1和idn2中，由于idn1和idn2均大于iup1，所以iup1不會給cp充電，idn2可以將cp中的電荷抽取出來，使vc2電壓降低。由于溝長調(diào)制效應(yīng)vc2降低會使iup1的電流增大，同時由于f2的作用也會使vf2減小從而使idn2的電流減小。由于vc2和vcp分別是緩沖模塊的輸入輸出信號，vcp也會隨著vc2而減小。由于upp＝0，dnn＝0，只有一條iup2到cn的通路，iup2會向cn充電，使vc1電壓升高。同理，vc1的升高會導(dǎo)致iup2的電流減小以及idn1的電流變大，vcn也會隨著vc1而升高。此時的控制電壓(vcp–vcn)將會減小，后一級的壓控振蕩器電路輸出頻率將降低。

穩(wěn)態(tài)情況，當(dāng)upn＝1，upp＝0，dnp＝0，dnn＝1時(當(dāng)電荷泵鎖相環(huán)的參考頻率與分頻器輸出的比較頻率相等時)，iup1電流流入idn1，iup2電流流入ind2。由于idn1≥iup1，idn2≥iup2，所以iup1和iup2不會有額外的電流流入cp和cn；另外在防漏電保護模塊中具有單向?qū)щ娦缘亩O管保證了當(dāng)電流沉中的電流大于電流源中的電流時，電容中的電荷不會被抽取到電流沉中，那么vc1和vc2的電壓會保持不變。此時控制電壓(vcp–vcn)是固定的，后一級的壓控振蕩器電路輸出頻率不會發(fā)生變化，整個鎖相環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。